25 FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA - RESUMO

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FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA: 
• A produção de ATP a partir da fosforilação oxidativa requer um doador de 
elétrons (FADH2 e NADH), um aceptor (O2), uma membrana interna da 
mitocôndria intacta que seja permeável a prótrons, todos os componentes da 
cadeia transportadora de elétrons e ATP-sintase. 
• A compreensão da fosforilação oxidativa é fundamental na hipótese 
quimiosmótica, a qual propõe que a energia para a síntese do ATP seja fornecida 
por um gradiente eletroquímico através da membrana interna da mitocôndria. O 
gradiente necessário é gerado por componentes da cadeia, os quais bombeiam 
prótrons através da membrana interna da mitocôndria à medida que recebem e 
doam elétrons. 
 
TRANSFERÊNCIA DE ELETRONS DO NADH OU FADH2 PARA O2 
o Os elétrons doados do NADH ou do FADH2 passam pela cadeia e seus elétrons 
passam por uma série de carreadores de elétrons. Cada um dos componentes 
da cadeia é oxidado à medida que recebe um elétron e, então, reduzido quando 
passa o elétron para o próximo membro da cadeia. Do NADH, os elétrons são 
transferidos na seguinte sequência: 
 
 
GRADIENTE DO POTENCIAL ELETROQUÍMICO 
o Em cada um dos três complexos, a transferência dos elétrons é acompanhada 
pelo bombeamento de prótrons através da membrana. 
 
 
ATP-SINTASE / FoF1-ATPase: 
• Enzima responsável pela produção do ATP. 
• Apresenta múltiplas subunidades contendo uma porção na membrana interna e 
uma cabeça que se projeta para a matriz. Cada subunidade beta contém um 
sítio catalítico para a síntese de ATP e cada componente Fo possui o canal de 
prótons. 
• Componente F0 – localizada na membrana mitocondrial interna. Componente F1 
– projetada para a matriz: 
 
• Componente F0 possui o canal pelo qual os prótons fluem do espaço 
intermembranas para a matriz mitocondrial. O componente F1 possui o sítio ativo 
para a formação do ATP (3 sítios ativos αβ). 
 
TEORIA QUIMIOSMÓTICA – PRINCÍPIO: 
• Como já foi citado anteriormente, o fluxo de prótons para o espaço 
intermembranas gera um gradiente de concentração e uma diferença de 
potencial entre esse espaço e a matriz mitocondrial (gradiente eletroquímico). O 
retorno desses prótons pela ATP-sintase (pelos poros do componente F0) 
fornece a energia necessária para a síntese da molécula de ATP a partir de ADP 
e Pi. 
• Um dos pilares da teoria quimiosmótica é que a e energia das reações de 
oxirredução da cadeia é utilizada para transportar prótons a partir da matriz para 
o espaço intermembrana. Esse bombeamento em geral é facilitado pelo arranjo 
vetorial dos complexos integrais da membrana. Quando os prótons não estão 
sendo utilizados para a síntese de ATP, o gradiente de prótons e o potencial de 
membrana estão sendo formados; essa pressão de retorno dos prótons controla 
a velocidade de bombardeamento dos mesmos, que controla o transporte de 
elétrons e o consumo de oxigênio. 
ENERGIA LIBERADA PELA CADEIA: a liberação de energia pela oxidação 
de NADH e FADH2 é tão negativa que esse processo nunca será reversível, 
ou seja, o oxigênio nunca será sintetizado a partir do produto final, a H2O. 
 
TEORIA QUIMIOSMÓTICA – CATÁLISE REACIONAL: 
• Os três sítios αβ do componente F1 alternam-se entre três estados 
conformacionais. O estado T liga-se fortemente aos ligantes e é cataliticamente 
ativo. O estado O tem baixa afinidade por ATP, ADP e Pi, sendo cataliticamente 
inativo. O estado L liga-se fracamente aos seus ligantes e é cataliticamente 
inativo. 
• Etapas: 
1) Ligação do ADP e do Pi ao sítio no estado L. 
2) Energia proveniente do retorno dos prótons possibilita o giro da 
subunidade γ, que leva à conversão conformacional dos sítios (T→O, O→L, 
L→T). ADP + Pi são transformados em ATP pela subunidade no estado T 
(cataliticamente ativo.) 
3) Nova conversão conformacional. O ATP desacopla da subunidade, agora 
no estado O 
 
 
TRANSLOCADORES MITOCONDRIAIS DE ATP, ADP E Pi: 
 
 
• O ADP é transportado do espaço intermembranas para a matriz mitocondrial por 
antiporte com o ATP. 
• Prótons fluem através do componente F0 da ATP-sintase fornecendo energia 
para a transformação de ADP+Pi em ATP. 
• Pi do espaço intermembranas é transportado para a matriz mitocondrial na forma 
de de H2PO4- por cotransporte com H+ (o 4º próton necessário para a formação 
do ATP, como citado anteriormente). 
 
PRODUÇÃO DE CALOR – GORDURA MARROM: 
• Nas mitocondrias encontradas nos adipócitos da gordura marrom, existe uma 
proteína desacopladora chamada termogenina ou UCP (uncoupling proten). 
Essa proteína fornece um canal de retorno alternativo para os prótons do espaço 
intermembranas para a matriz mitocondrial (fazendo com que eles não passem 
pelo componente F0 da ATP-sintase). 
• Dessa maneira, a energia proveniente do retorno desses prótons não é utilizada 
na produção de ATP, mas sim de calor (termogênese). 
• No adulto, esse tipo de gordura se apresenta de forma residual. É especialmente 
importante em neonatos e mamíferos hibernantes, nos quais possui função 
termogênica. 
• Além da UCP, existem outros agentes desacopladores. O 2,4-DNP (2,4-
dinitrofenol), por exemplo, é um agente desacoplador sintético que age de 
maneira semelhante às UCPs. Ele se combina com um próton do espaço 
intermembranas e difunde para a matriz mitocondrial, onde ocorre a dissociação 
(liberação do próton em função de um maior pH da matriz em relação ao espaço 
intermembranas). Esse composto já foi comercializado nos EUA como um 
medicamento emagrecedor, mas é proibido atualmente. 
• Resumindo: as proteínas dessa gordura apresentam uma proteína especial, a 
termogenina ou proteínas desacopladora; os prótons retornam para a matriz 
mitocondrial pelo canal existente nesta proteína e não pelo canal da ATP-
Sintase; essa energia de retorno produz calor. 
ACOPLAMENTO DE CADEIA E SÍNTESE DE ATP: o gradiente 
eletroquímico acopla a velocidade da cadeia à velocidade de síntese do ATP. 
Devido ao fato de o fluxo de elétrons necessitar de bombeamento de prótons, 
o fluxo de elétrons não pode ocorrer mais rápido do que os prótons são 
utilizados para a síntese de ATP ou devolvidos para a matriz por um 
mecanismo que os desvia do poro da ATP-Sintase. 
REGULAÇÃO POR MEIO DE ACOPLAMENTO: quanto mais ADP se liga à 
ATP-Sintase, maior será o fluxo de prótons através do poro da ATP-Sintase. 
Assim, quando os níveis de ADP se elevam, a entrada de prótons aumenta, 
e o gradiente eletroquímico diminui. As bombas de prótons da cadeia 
respondem com o aumento do bombardeamento de prótons e do fluxo de 
elétrons para manter o gradiente eletroquímico, resultando em consumo de 
O2. 
AGENTES DESACOPLADORES: um ionóforo transportador de prótons, 
como o DNP, desacopla a fosforilação oxidativa da cadeia por desfazer o 
gradiente eletroquímico gerado pelo transporte de elétrons. O 
desacoplamento da fosforilação ocorre quando os prótons vazam de volta 
para a matriz sem passar pelo poro do ATP-Sintase, dissipando, assim, o 
grandiente eletroquímico através da membrana sem a produção de ATP. 
Esse desacoplamento resulta em consumo aumentado de oxigênio e 
produção de calor quando o fluxo de elétrons e o bombeamento de prótons 
tentam manter o gradiente eletroquímico. 
 
 
PATOLOGIAS RELACIONADAS A MITOCONDRIAS 
DEFEITUOSAS: 
• Neuropatia Óptica Hereditária de Leber (LHON): defeito genético que ocasiona 
a troca de um aminoácido Arg por His no complexo I da cadeia respiratória; nele, 
há substituição de arginina por histidina, ATP em baixas quantidades para o 
metabolismo dos neurônios ocasiona problemas no SNC. Há lesão do nervo 
óptico, o que provoca perda bilateral da visão. 
• Epilepsia Mioclônica e Doença das Fibras Vermelhas Dilaceradas (MERRF): 
mutação no gene leucil RNAt, defeito generalizado de proteínas com resíduo de 
leucina. Há fraqueza muscular, alargamento e deterioração do miocárdio. As 
mitocôndrias apresentam formato anormal.